《生态脆弱区无人机监测规范》介绍了生态脆弱区的监测目标与意义,以及常用无人机的操作常识和注意事项,详细讲解了作者研究团队自主研发的无人机航拍系统(FragMAP)的构架、安装、野外观测常用操作、工作点设置、各类航线设置、FragMAP Flighter操作、观测规范、野外数据汇总规范和典型应用范例,最后简要介绍了作者研究团队2019年野外工作情况。
该书为科研院校和基层业务部门的科研工作者使用FragMAP提供了功能说明和操作规范,以便使用者能够采用相同的标准开展监测工作,为未来研究全国生态脆弱区的科学问题奠定数据基础。该书呈现的利用无人机技术进行生态监测的具体应用实例,能为科研工作者提供一定的借鉴思路。
《生态脆弱区无人机监测规范》也可作为本科生、硕士研究生及与生态脆弱区无人机监测技术相关的各类学生和年轻学者的学习教材。
经过十几年的迅猛发展,无人机已广泛应用于各行各业。作为中国自主产业的深圳市大疆创新科技有限公司(简称大疆公司)的无人机系列产品,不仅具有易操作、飞行稳定、价格适中等特点,更为可贵的是,大疆公司开放了软件的开发工具包(software development kit,SDK),使得无人机使用者可在其基础上根据不同的需求进行二次开发。
自2009年以来,脆弱生态环境研究所团队(以下简称研究团队)一直关注无人机航拍在生态脆弱区生态系统研究中的应用。2015年,研究团队基于大疆SDK开发了无人机航拍系统 (fragmentation monitoring and analysis with aerial photography,Frag-MAP),基于该系统的作品“用小精灵无人机研究青藏高原上的小精灵”获得大疆创新开发者大赛第3名。其后,在国家重点研发项目“全球变化对生态脆弱区资源环境承载力的影响研究”第一课题“生态脆弱区资源环境要素的时空格局及其与生态系统功能的关系(2017YFA0604801)”、国家自然科学基金优秀青年项目(41422102)以及国家自然科学基金面上项目“全球变化背景下青藏高原多年冻土退化对高寒草地的影响研究(41271089)”等一系列项目的资助下,该系统得到不断应用、改进和发展。研究团队基于该系统在中国生态脆弱区开展了大量的航拍工作,设置了4000多个工作点(每个工作点设置多条固定航线),进行了1.3万多次的飞行,监测了高原鼠兔洞口、草地斑块、地上生物量、盖度、物种等生态要素。鉴于越来越多的用户(科研院校以及基层业务部门)开始使用FragMAP进行生态监测,迫切需要撰写相关规范用以指导野外无人机监测实地操作,以便使用者能够采用相同的标准开展监测工作,为未来研究全国生态脆弱区的科学问题奠定数据基础。
本书共分12章,立题和整体结构由丛书主编宜树华教授构思完成,全文统稿和校对由王志伟完成,具体章节撰写情况如下:第1章生态脆弱区简介,主要介绍生态脆弱区的监测目标与意义,并对存在的问题和无人机监测技术的优势进行了简单总结,由宜树华、王志伟、常丽、吕燕燕、孟宝平和张文等完成;第2章FragMAP介绍,阐述FragMAP的构架及其发展过程,由宜树华完成;第3章无人机及常用飞行操作,包括常用无人机的介绍、无人机的操作常识和注意事项等,由王志伟、秦或、黄玉婷、卢霞梦、宋雪莲、阮玺睿、王茜等完成;第4章FragMAP Setter安装,由张建国、孙义和王志伟等完成;第5章野外观测常用操作,介绍内容包括野外距离测量、面积测定、定位、轨迹、加载shp文件、设置、图层、底图下载、蓝牙共享、步行、飞行、机器码和地图平移等内容,由张建国和孙义等完成;第6章工作点设置规范,介绍野外号、工作点的建立和命名规范,由孟宝平和吕燕燕等完成;第7章航线设置,介绍FragMAP中各类航线的设置和操作,如Grid、Rectangle、Belt、Quadrat、Mosaic、Irregular、Single、Hand、Panaroma和Vertical等,由张建国、孙义、王志伟、陈建军、秦炎、张慧芳、魏天峰、秦或、张伟和杜嘉星等完成;第8章FragMAP Flighter操作,包括对FragMAP Flighter软件的介绍,以及对公民科学家模式和科学家模式的阐述,由孙义和张建国等完成;第9章观测规范,包括对不同分辨率遥感影像对应的航拍高度设置规范和野外设置规范,由秦或、张慧芳、杜嘉星、张建国、孙义和孟宝平等完成;第10章野外数据汇总规范,展示采集后的数据规范,由王志伟、黄玉婷和宜树华等完成;第11章典型应用范例,介绍各类典型场景中的应用,由宜树华、秦或、马青山、杜嘉星、魏天峰、秦炎、张建国、孙义、孟宝平、吕燕燕、陈建军、张伟、黄玉婷和王旭峰等完成;第12章2019年野外工作情况介绍,对研究团队2019年基于该系统的野外工作进行了详细介绍,由宜树华、秦或、孙义、孟保平、吕燕燕、张建国、张慧芳、陈建军、卢霞梦、黄玉婷等完成。此外,王晓云、常丽、周兆叶、卢霞梦、黄玉婷、陈建军、李锦荣、刘志有、秦炎、马建海、钟理、丁磊磊、金宝成等完成全文的校对和修改工作。
本书对无人机及其操作方式和配套软件做了详细介绍,特别是对研究团队自主开发的无人机航拍系统FragMAP进行了详尽剖析,为科研院校以及基层业务部门的各类科研工作者提供了十分便利的工具。此外,本书还呈现了利用无人机技术进行生态监测的具体应用实例,期望能为各位科研工作者提供一定的借鉴思路。本书注重实用性,同时兼顾无人机在生态监测时的各类操作和存储规范,不仅适合科研院校以及基层业务部门中的科研工作者使用,同时也可作为本科生、硕士研究生及与生态脆弱区无人机监测技术相关的各类学生和年轻学者的学习教材。
丛书总序
前言
第1章 生态脆弱区简介
1.1 “世界第三极”青藏高原
1.2 内蒙古高原
1.3 西南喀斯特区
1.4 农牧交错区
第2章 FragMAP介绍
2.1 FragMAP整体构架
2.2 FragMAP探索阶段
2.3 FragMAP发展阶段
2.4 FragMAP的不足和未来发展
2.4.1 野外航拍方面的不足
2.4.2 照片分析力度有待提高
2.4.3 教学及其他应用亟待拓展
第3章 无人机及常用飞行操作
3.1 无人机简介
3.2 无人机飞行操作常识
3.3 无人机飞行“交规”及注意事项
3.4 航拍科学数据采集注意事项和常见问题
3.4.1 野外工作前的准备
3.4.2 起飞前的注意事项
3.4.3 飞行中的注意事项
3.4.4 返航前的注意事项
3.4.5 航拍结束后的注意事项
第4章 FragMAP Setter安装与操作
4.1 平板电脑型号要求
4.2 设置默认存储位置
4.3 设置开发人员选项
4.4 激活USB
4.5 获取机器码
4.6 软件拷贝
第5章 野外观测常用操作
5.1 野外距离测量
5.2 面积测定
5.3 定位
5.4 轨迹
5.5 加载shp文件
5.6 设置
5.7 图层
5.8 底图下载
5.9 蓝牙共享
5.10 步行
5.11 飞行
5.12 机器码
5.13 地图平移
……
第6章 工作点设置规范
第7章 航线设置
第8章 FragMAP Flighter操作
第9章 观测规范
第10章 野外数据汇总规范
第11章 典型应用范例
第12章 2019年野外工作情况介绍
附录A 航拍记录表
附录B 野外地上生物量鲜重记录表
附录C 介绍信